大部件對接面環形軌自動化制孔設備應用、改進和人才培養

胡洋

一、項目背景及意義

眾所周知，飛機大部件對接是飛機結構制造中的重中之重，對于大飛機部件對接更是難題，大部件對接之所以難是因為大飛機部件幾何尺寸大、自身的形變難以控制且受外界因素影響較多。對接過程中需同時協調裝配的部位多，對大型運輸機來說難度更大。其對接區由6塊寬60mm的帶板和90余根長桁連接飛機前中和中后三段，其中后對接完成后，后機身所有部件都處于懸空狀態，對接區域的載荷集中較大。機身對接裝配既要保證裝配精度，又要保證主起落架交點孔、垂尾交點孔的位置以及貨艙地板安裝的平面度要求。

由于對接區域的制孔連接要求很高，用傳統的手工制孔加工難以滿足長壽命、高強度的連接。針對大飛機對接加工要求的特點經過充分論證采用“大部件對接面環形軌自動化制孔設備”來對對接部位進行精準加工，環形軌在機身上安裝位置如圖，環形軌自動制孔設備組成如圖，充分保證了孔的加工質量，包括孔的位置度、垂直度以及孔精度等。我們是全國首例應用環形軌制孔系統完成大飛機部件對接，雖然相關技術相比發達國家來說仍有差距，但通過該項目研制和試用積累的經驗及優化改進，對接制孔工作將能夠完成的更好。此套系統的熟練使用，將會對我國的飛機大部件對接質量與數字化裝配技術應用完成一個大的跨越，更是在飛機柔性裝配領域完成從0到1、從無到有的突破。。

二、實施情況及主要做法

2.1. 環形軌制孔系統應用

由于國內行業中環形軌自動化制孔相關設備未能成功應用到飛機裝配過程中，所以環形軌自動化制孔設備引進后，需要通過不斷試驗來找到合理的設備制孔相關參數。為了保證其能在后期成功應用到某型機機身對接面制孔中，通過與廠家共同針對設備制孔進行各項相關調試，實驗，驗證，確定制孔所需的參數、加工程序和工藝方法。在調試、試驗過程中，通過現場跟進項目，與各位專家保持實時溝通交流，及時解決問題，以最快的速度熟悉掌握環形軌自動制孔設備在制孔時的各項操作要點及注意事項等。經過一個月的試驗驗證，最終完成了全部驗證項目，包括制孔程序離線編程仿真驗證、加工孔位確定、架外試刀臺制孔程序驗證、架外試刀臺刀具驗證、前后段定位安裝、前后段描點和前后段加工等驗證。

項目驗證過程中，由于首次將環形軌自動制孔設備應用到產品機身對接面制孔上，對于前期確定的加工程序準確性、設備穩定性以及操作人員的操作技能提出嚴峻考驗，必須滿足制孔過程中無產品質量問題，同時要兼顧生產進度，保證飛機按時順利交付。在環形軌設備制孔過程中，需要全程保持精神高度集中進行操作，同時實時完整地記錄設備各項參數變化以及設備操作過程中遇到的問題和解決措施。在項目實施驗證制孔過程中，出現了大量技術性難題，例如：

1）設備的安裝定位

傳統的自動化制孔設備類似于機床，設備安裝在相應位置后，加工時設備位置保持不變，將待加工產品運送到自動制孔設備上完成加工制孔。而本項目中的環形軌自動制孔設備與之相反，環形軌在制孔準備工作時，需要保持待加工產品位置固定不變，環形軌下部通過氣墊運輸車運送至制孔區域相應位置，上部采用吊車吊運至制孔區域，然后環繞飛機機身對接面一周安裝，對于安裝操作有很高要求，設備的定位和安裝精度直接影響產品加工的精度，環形軌上部安裝時，如果相對于理論位置存在偏差，可能會導致整個環形軌道的扭曲、變形，最終造成設備損壞，產品加工出現質量問題。

起初制定方案時，考慮通過在上部軌道兩側加裝激光射線，瞄準地面的靶標點完成定位，但實際操作中發現不僅吊車精度無法滿足，而且每架機狀態不完全一致，將地面作為定位基準無法滿足定位要求。經過研究商討后發現可以利用軌道中央的連桿與蒙皮對縫的相對關系進行定位，如圖，實踐證明此方法可行，最終順利完成了設備的安裝與定位工作。

2）加工文件編制

在產品描點過程中，發現有些預留給下道工序的孔位被納入加工程序待加工，還有些可以進行加工的孔位未納入加工程序，在重新統計了全機需要加工與不加工的孔位后，對全部24個站位的加工文件進行重新離線編程，生成滿足工藝要求的加工文件，對接面孔位情況如圖，加工文件孔位參數如圖11。全機8000多個孔位一一核查，重新編程，在巨大工作壓力與難度之下，圓滿完成此項任務。

通過發現問題、解決問題，完全掌握了本項目中的環形軌自動制孔設備操作方法、全部知識點以及風險點，同時也對設備硬件有了更深了解，在后續產品加工過程中，出現故障時可以做到獨立分析，查明原因，解決問題。

3.2環形軌制孔系統的改進

完成了全部驗證項目并連續加工數架次后，在加工過程中，發現一系列設備軟件或硬件存在的不足與故障高發點，并制定相應改進措施，如優化環軌定位安裝方法、增加孔位整體偏移功能、加裝急停按鈕提高緊急制動能力、優化運動路徑消除碰撞風險、改進刀具長度提升制孔效率、配套黑色定位釘提升探孔效率等。

1）優化環軌定位安裝方法

定位安裝方法優化之前通過軌道中央的連桿與飛機蒙皮對縫對齊方式完成定位，但在后續架次安裝中發現這一定位方法存在空間位置無法測量、依靠目測準確度低，難以保證連桿的位置與蒙皮對縫的位置在航向上能完全對齊，容易導致環形軌安裝定位不符合預期要求，造成整個軌道輕微扭曲、孔位大面積偏移等情況。

通過觀察發現，環軌頂部前后各有一塊與蒙皮接觸起支撐作用的支撐膠塊，支撐膠塊在航向上對稱處于蒙皮兩側，經過測量發現只要保證兩塊支撐膠塊和蒙皮對縫的距離滿足前段550mm±1mm、后段512mm±1mm，就能很好的保證安裝精度，上部定位方法優化后如圖。在和廠家溝通后認定此方案可行，經過后續架次安裝定位驗證，全部達到很好的安裝精度，避免了設備軌道局部受力與孔位大面積整體偏移的情況出現。

2）增加孔位整體偏移功能

即使環形軌安裝定位帶來的大面積偏移問題得到解決，但由于相機標定問題與每架機產品差異情況存在，各站位仍然存在不同程度的孔位偏移情況，在硬件和產品已經定型無法更改的情況下，從軟件和加工程序兩方面考慮解決此問題。在和廠家溝通后優化了現有的操作軟件，在其中增加了修改加工程序使其能在航向方向偏移，如圖，對于后續架次飛機加工時，在每架次飛機制孔孔位描點結束后進行測量，再利用此功能修改加工程序進行孔位整體修正，最終徹底解決了孔位偏移的情況。

三、總體評價

在飛機裝配領域中，連接孔的裝配連接質量對飛機的使用壽命及安全性有著重要的影響，在國外柔性自動制孔技術和設備的研制應用已經達到了較高水平，而國內在這一領域仍處于起步階段，雖然各大飛機制造廠商或相關研究所都相繼采購了國內外各種環形軌制孔系統，但時至今日也僅有航空工業西飛機身裝配廠一家單位完成了從驗證到批量生產的轉化。

通過項目實施，使設備利用率提高、產品質量穩定、設備和產品的加工安全系數提高、加工效率提高、加工周期縮短及其設備維保、人才培養、數字化裝配團隊建設都取得了長足進步，在項目實施過程中，對設備制孔的摸索、驗證、改造積累了一套關于設備的應用、拓展、維護、管理經驗，為機身裝配廠乃至西飛公司日后的數字化裝配發展都能起到借鑒與指導作用。雖然對數字化設備的應用到普及與傳統裝配相比仍然存在較大差距，以及與國外相對應企業相應技術存在差距，但未來數字化設備的應用一定為飛機裝配的發展趨勢，我們在數字化裝備應用上所付出的努力將成為西飛后續數字化裝配發展的基石。